基于四輪移動(dòng)平臺(tái)的倒立擺實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于四輪移動(dòng)平臺(tái)的倒立擺實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]倒立擺實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是一個(gè)復(fù)雜的、不穩(wěn)定的、非線性系統(tǒng)，是進(jìn)行控制理論教學(xué)及開展各種控制實(shí)驗(yàn)的理想實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。對(duì)倒立擺系統(tǒng)的研宄能有效的反映控制中的許多典型問題:如非線性問題、魯棒性問題、鎮(zhèn)定問題、隨動(dòng)問題以及跟蹤問題等。通過對(duì)倒立擺的控制，用來(lái)檢驗(yàn)新的控制方法是否有較強(qiáng)的處理非線性和不穩(wěn)定性問題的能力。
[0003]倒立擺控制問題就是通過擺桿鏈接機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，使擺桿盡快穩(wěn)定到垂直倒立的狀態(tài)。同時(shí)能夠克服擾動(dòng)的影響，保持?jǐn)[桿在期望位置穩(wěn)定。當(dāng)前的倒立擺實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要有直線式和旋轉(zhuǎn)式，二者都是控制固定滑軌上的小車運(yùn)動(dòng)來(lái)達(dá)到控制擺桿的目的。
[0004]當(dāng)前的倒立擺實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，機(jī)構(gòu)普遍較為復(fù)雜，價(jià)格較高，維修不便；由于承載擺桿的小車都是在一定的軌道上移動(dòng)，因此設(shè)備整體需要固定于操作臺(tái)面上，實(shí)驗(yàn)前需要進(jìn)行一定的調(diào)整安裝，不便于拆卸和移動(dòng)；并且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集，設(shè)備的供電，都需要通過電纜進(jìn)行，限制了平臺(tái)的使用場(chǎng)所；電纜容易對(duì)擺桿產(chǎn)生額外的運(yùn)動(dòng)干擾，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；而當(dāng)前的兩輪、三輪小車倒立擺在前后運(yùn)動(dòng)時(shí)，容易改變運(yùn)動(dòng)方向，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不佳。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005](一 )要解決的技術(shù)問題
[0006]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是:提出一種無(wú)需外接電纜，無(wú)需固定安裝，易于挪動(dòng)拆卸，適用于各種場(chǎng)所的低成本倒立擺實(shí)驗(yàn)裝置。
[0007]( 二)技術(shù)方案
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種基于四輪移動(dòng)平臺(tái)的倒立擺實(shí)驗(yàn)裝置，其包括車底盤I和安裝在其上的電路板支架2、控制板3、第一編碼器4、電機(jī)5、鋰電池6、第二編碼器7、編碼器支撐架8、擺桿9和無(wú)線模塊10 ;所述車底盤I為可前后移動(dòng)的四輪底盤；電路板支架2固定于車底盤I后部；控制板3固定于電路板支架2上；電機(jī)5通過齒輪帶動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使小車前后移動(dòng)；第一編碼器4用于測(cè)量當(dāng)前電機(jī)5的轉(zhuǎn)速；無(wú)線模塊10用于控制板3和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通信；鋰電池6用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)5，并給控制板3和無(wú)線模塊10供電；擺桿9固定于第二編碼器7的轉(zhuǎn)軸上，擺桿9的擺動(dòng)幅度通過第二編碼器7轉(zhuǎn)化為角度信息傳送至控制板3 ;第二編碼器7通過編碼器支撐架8固定于車底盤I前部。
[0009]優(yōu)選地，所述控制板3為控制擺桿9平衡的控制器，其以可編程邏輯控制器為核心，擴(kuò)展512KX 16位FLASH用于程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并擴(kuò)展256KX 16位SRAM用于運(yùn)行程序。
[0010]優(yōu)選地，所述控制板上設(shè)置有啟動(dòng)按鍵，用戶通過該按鍵控制所述實(shí)驗(yàn)裝置啟動(dòng)或停止；控制板上還設(shè)置有JTAG 口，供用戶下載程序。
[0011]優(yōu)選地，所述電路板支架2通過四個(gè)支柱固定于車底盤I上。
[0012](三)有益效果
[0013]上述技術(shù)方案所提供的基于四輪移動(dòng)平臺(tái)的倒立擺實(shí)驗(yàn)裝置，通過使用四輪移動(dòng)平臺(tái)，提高了平臺(tái)穩(wěn)定性，消除了兩輪或三輪移動(dòng)平臺(tái)前后移動(dòng)時(shí)容易改變運(yùn)動(dòng)方向，從而影響控制效果的問題；擺桿直接固定于編碼器軸承上，無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)，并且易于拆卸；整體機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便，無(wú)需固定安裝，易于挪動(dòng)攜帶，降低了裝置成本。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例基于四輪移動(dòng)平臺(tái)的倒立擺實(shí)驗(yàn)裝置的側(cè)視圖；
[0015]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例基于四輪移動(dòng)平臺(tái)的倒立擺實(shí)驗(yàn)裝置的后視圖；
[0016]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例基于四輪移動(dòng)平臺(tái)的倒立擺實(shí)驗(yàn)裝置的控制原理框圖。
[0017]圖中，1_車底盤，2_電路板支架，3_控制板，4_第一編碼器，5_電機(jī)，6_鈕電池，7-第二編碼器，8-編碼器支撐架，9-擺桿，10-無(wú)線模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為使本實(shí)用新型的目的、內(nèi)容和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0019]在本實(shí)用新型的描述中，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“左”、“右”、“頂”、“底”、
“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。
[0020]在本實(shí)用新型的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接連接，也可以是通過中間媒介間接連接，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以視具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本實(shí)用新型中的具體含義。
[0021]此外，在本實(shí)用新型的描述中，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。
[0022]如圖1所示，本實(shí)施例基于四輪移動(dòng)平臺(tái)的倒立擺實(shí)驗(yàn)裝置包括車底盤1、電路板支架2、控制板3、第一編碼器4、電機(jī)5、鋰電池6、第二編碼器7、編碼器支撐架8、擺桿9和無(wú)線模塊10 ;具體地，車底盤I為長(zhǎng)30cm、寬20cm且可前后移動(dòng)的四輪底盤，上述各部件均安裝于車底盤I上；電路板支架2通過四個(gè)支柱固定于車底盤I后部；控制板3固定于電路板支架2上；電機(jī)5通過齒輪帶動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使小車前后移動(dòng)；第一編碼器4使用500線編碼器，用于測(cè)量當(dāng)前電機(jī)5的轉(zhuǎn)速；無(wú)線模塊10用于控制板3和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通信；鋰電池6用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)5，并給控制板3和無(wú)線模塊10供電；擺桿9是本裝置的控制對(duì)象，通過控制小車的前后移動(dòng)使擺桿9保持垂直方向；第二編碼器7使用1000線編碼器，擺桿9固定于第二編碼器7的轉(zhuǎn)軸上，擺桿9的擺動(dòng)幅度會(huì)通過第二編碼器7轉(zhuǎn)化為角度信息傳送至控制板3 ;第二編碼器7通過編碼器支撐架8固定于車底盤I前部。
[0023]本實(shí)施例中，控制板3是控制倒立擺平衡的控制器，以TMS320F2812dsp (可編程邏輯控制器)為核心，擴(kuò)展512KX 16位FLASH用于程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并擴(kuò)展256KX 16位SRAM用于運(yùn)行程序。當(dāng)擺桿9擺動(dòng)時(shí)，第二編碼器7會(huì)輸出相位不同的兩路脈沖，并送入方向盤別芯片ST288A，ST288A根據(jù)A、B脈沖的相位判斷擺桿9的擺向，如果擺桿9向前擺動(dòng)，ST288A的方向指示管腳輸出高電平，如果擺桿9向后擺動(dòng)，輸出低電平。
[0024]由于DSP的I/O 口是3.3v電壓，ST288A是5v電壓，因此需要考慮點(diǎn)平匹配。本實(shí)用新型使用的兩個(gè)編碼器的Pwm輸出是漏極開路輸出，因此可通過上拉電阻控制輸出電平。本實(shí)用新型將第一編碼器4上拉至3.3v，可匹配dsp接口電壓；將第二編碼器7上拉至5v，可匹配ST288A。此時(shí)，編碼器輸出的脈沖A和ST288A輸出的方向信號(hào)均為5v，因此需要通過74FCT164245轉(zhuǎn)化為3.3v送入dsp。DSP通過pwm信號(hào)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片VNHSP30的輸出電壓，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本實(shí)用新型通過一塊7.2v鋰電池供電，7.2v電源通過控制板上的電源管理模塊轉(zhuǎn)化為5v、3.3v和1.8v。控制板留有啟動(dòng)按鍵，用戶可通過該按鍵控制倒立擺裝置啟動(dòng)或停止；還留有JTAG 口，供用戶下載程序。無(wú)線模塊用于和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通信，無(wú)線模塊通過串行接口和dsp通信。
[0025]由上述技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型具有以下顯著優(yōu)點(diǎn):
[0026](I)本實(shí)施例使用7.2v鋰電池供電，通過無(wú)線模塊傳輸數(shù)據(jù)，從而提供了一種無(wú)需連接任何外接電纜即可實(shí)驗(yàn)的倒立擺實(shí)驗(yàn)裝置，大大減少了使用場(chǎng)所限制，同時(shí)消除了電纜對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的干擾。
[0027](2)本實(shí)施例使用四輪移動(dòng)平臺(tái)，提高了平臺(tái)穩(wěn)定性，消除了兩輪或三輪移動(dòng)平臺(tái)前后移動(dòng)時(shí)容易改變運(yùn)動(dòng)方向，從而影響控制效果的問題；將dsp控制器最小系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和速度、擺桿角度采集模塊集成到一塊控制板上，降低了實(shí)驗(yàn)裝置電路的復(fù)雜性和成本。
[0028](3)本實(shí)施例倒立擺直接固定于編碼器軸承上，無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)，并且易于拆卸；整體機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便，無(wú)需固定安裝，易于挪動(dòng)攜帶，降低了裝置成本。
[0029]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于四輪移動(dòng)平臺(tái)的倒立擺實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括車底盤(I)和安裝在其上的電路板支架(2)、控制板(3)、第一編碼器(4)、電機(jī)(5)、鋰電池(6)、第二編碼器(7)、編碼器支撐架(8)、擺桿(9)和無(wú)線模塊(10);所述車底盤(I)為可前后移動(dòng)的四輪底盤；電路板支架⑵固定于車底盤⑴后部；控制板⑶固定于電路板支架⑵上；電機(jī)(5)通過齒輪帶動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使小車前后移動(dòng)；第一編碼器(4)用于測(cè)量當(dāng)前電機(jī)(5)的轉(zhuǎn)速；無(wú)線模塊(10)用于控制板(3)和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通信；鋰電池(6)用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5)，并給控制板(3)和無(wú)線模塊(10)供電；擺桿(9)固定于第二編碼器(7)的轉(zhuǎn)軸上，擺桿(9)的擺動(dòng)幅度通過第二編碼器(7)轉(zhuǎn)化為角度信息傳送至控制板(3);第二編碼器(7)通過編碼器支撐架(8)固定于車底盤(I)前部。
2.如權(quán)利要求1所述的基于四輪移動(dòng)平臺(tái)的倒立擺實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述控制板(3)為控制擺桿(9)平衡的控制器，其以可編程邏輯控制器為核心，擴(kuò)展512KX 16位FLASH用于程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并擴(kuò)展256KX 16位SRAM用于運(yùn)行程序。
3.如權(quán)利要求1所述的基于四輪移動(dòng)平臺(tái)的倒立擺實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述控制板(3)上設(shè)置有啟動(dòng)按鍵，用戶通過該按鍵控制所述實(shí)驗(yàn)裝置啟動(dòng)或停止；控制板(3)上還設(shè)置有JTAG 口，供用戶下載程序。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的基于四輪移動(dòng)平臺(tái)的倒立擺實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述電路板支架(2)通過四個(gè)支柱固定于車底盤(I)上。
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于控制技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于四輪移動(dòng)平臺(tái)的倒立擺實(shí)驗(yàn)裝置，包括車底盤和安裝在其上的電路板支架、控制板、第一編碼器、電機(jī)、鋰電池、第二編碼器、編碼器支撐架、擺桿和無(wú)線模塊；車底盤為可前后移動(dòng)的四輪底盤；控制板固定于電路板支架上；第一編碼器用于測(cè)量當(dāng)前電機(jī)的轉(zhuǎn)速；無(wú)線模塊用于控制板和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通信；鋰電池用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并給控制板和無(wú)線模塊供電；擺桿固定于第二編碼器的轉(zhuǎn)軸上，擺桿的擺動(dòng)幅度通過第二編碼器轉(zhuǎn)化為角度信息傳送至控制板；第二編碼器通過編碼器支撐架固定于車底盤前部。本實(shí)用新型穩(wěn)定性強(qiáng)，易于拆卸；整體機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便，無(wú)需固定安裝，易于挪動(dòng)攜帶，降低了裝置成本。
【IPC分類】G09B25-00
【公開號(hào)】CN204288665
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420726679
【發(fā)明人】湯曉磊
【申請(qǐng)人】中國(guó)航天科工集團(tuán)第三研究院第八三五七研究所
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年11月26日